物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應用研究

引言

隨著國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，僅僅舒適安全的普通家居已經(jīng)不能滿足人們的期望。在當今這個電氣技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)被廣泛應用的世紀，人們期望的是一個具有能動智慧的家庭環(huán)境，于是，智能家居(Smarthome)應運而生。1984年，美國聯(lián)合科技首次將智能家居的概念應用于美國康乃狄克州哈特佛市的一座建筑，從此，全世界爭相建造智能家居的序幕便被拉開。目前，發(fā)達國家的智能家居已經(jīng)獲得長足發(fā)展，如美國的x-10、CEBus和Lonwork，日本的HBS，歐洲的EIB和EHS，都在國際上比較有影響。國內(nèi)的智能家居借助國外的智能家居技術(shù)也相繼出現(xiàn)了北京博泰克的ehouse智能家居系統(tǒng)、上海奧卓電子的“智居時代”、天津瑞朗的專業(yè)X-10智能家居系統(tǒng)。雖然我國的智能家居經(jīng)過了多年的發(fā)展，但是依然沒有普及，這主要有以下幾個原因：

第一，盡管目前國內(nèi)以電信為首的中國通信標準化協(xié)會(CCSA)、以聯(lián)想為首的國內(nèi)閃聯(lián)信息設備資源共享協(xié)同服務和以海爾為首的e家佳等組織都各自提出了符合中國國情的智能家居協(xié)議標準，但是,行業(yè)內(nèi)一直都沒有很好的遵循過。由于產(chǎn)品通訊協(xié)議不統(tǒng)一，各廠商都按照不同的接口標準和協(xié)議進行生產(chǎn)，所以產(chǎn)品之間還不能實現(xiàn)互聯(lián)、互通和互操作，各子系統(tǒng)之間的信息也不能交換,這些都使得很多家庭服務成為海市蜃樓。

第二，智能家居產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展了10個年頭，智能家居產(chǎn)品市場還主要集中在兩個方面:安防報警和智能控制,產(chǎn)品種類有限。智能家居系統(tǒng)相關產(chǎn)品的研發(fā)多采用高新科技，更新?lián)Q代快，風險較大，很多企業(yè)不愿意也沒有足夠的資金投入研發(fā)。

第三是市場接受程度低叫目前，大多數(shù)的普通居民還認識不到智能家居的便利，在對智能家居關注的人群中，比較關注的也只是一些與自己日常生活切身相關的安防、物業(yè)、家居服務等功能，而對一些超前的控制功能，如信息家電等感覺太遙遠。此外，新技術(shù)的不成熟，問題多以及成本較高,也讓一般客戶望而卻步。

第四,智能家居系統(tǒng)在未來是一個多行業(yè)合作的平臺，而目前我國的社會化合作體系還不夠健全，各行業(yè)之間基于傳統(tǒng)的經(jīng)營理念和巨大的市場競爭壓力，都想在自己的行業(yè)甚至別的相關行業(yè)搶占先機，擴大自己的市場份額而不愿公開自己的產(chǎn)品接口技術(shù)和相關的協(xié)議。除此之外，和智能家居相關的產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，也是跨行業(yè)合作困難的一個原因。

1智能家居系統(tǒng)

智能家居是以住宅為平臺，利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)和綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，并將與家庭生活有關的設備進行集成，以構(gòu)建高效、舒適、安全的生活環(huán)境。除了提供舒適、安全、高品位的家庭生活空間外，智能家居還可將家居生活由原來被動靜止的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸瑥亩峁┤轿坏男畔⒔粨Q功能。事實上，智能家居系統(tǒng)是用于實現(xiàn)家居智能功能的設施，圖1所示是一個智能家居系統(tǒng)功能示意圖。

圖1所示的智能家居系統(tǒng)主要包括8個子系統(tǒng)叫其中,智能照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)燈光照明的多樣控制、遠程控制以及聯(lián)動控制。其優(yōu)越性：一是具有良好的節(jié)能效果，二是可延長光源壽命，三是可改善生活環(huán)境，四是可實現(xiàn)多種照明效果以及場景燈光控制。

智能安防系統(tǒng)可以實時監(jiān)控非法闖入、火災、煤氣泄漏、緊急呼救的發(fā)生。一旦發(fā)生警情，系統(tǒng)可以向預設的電話或者110報警，同時啟動本地的聲光報警，并使相關電器進入應急聯(lián)動狀態(tài)；如果是非法入侵，還可以通過視頻保留證據(jù)，最大程度地保護住戶的生命財產(chǎn)安全。

家庭環(huán)境控制子系統(tǒng)可以集中控制家里的空調(diào)、采暖、熱水供應以及水處理，實現(xiàn)環(huán)境的自動控制，提供一個舒適的生活環(huán)境。

背景音樂子系統(tǒng)就是在任何一間房子里，包括客廳、臥室、廚房以及衛(wèi)生間，均可布上音樂線，通過1個或多個音源，使每個房間都可以聽到美妙的背景音樂。

家庭娛樂子系統(tǒng)可以集游戲、家庭影院、家庭KTV為一體，讓用戶足不出戶就可以在家里體驗全方位的家庭娛樂。

家庭能量管理子系統(tǒng)主要就是實現(xiàn)電表、水表、燃氣表的三表抄送，免去工作人員上門抄表的麻煩，同時，用戶也可以實時監(jiān)測家中水電燃氣的使用情況。

家庭信息處理子系統(tǒng)主要提供家庭信息服務，如接受小區(qū)信息、管理家庭信息以及和物業(yè)管理公司的聯(lián)系。

家庭網(wǎng)絡子系統(tǒng)可將個人電腦、家用電器、三表、照明等安全防范系統(tǒng)與廣域網(wǎng)相連接，從而實現(xiàn)智能家居的遠程控制，讓用戶隨時隨地都可以通過網(wǎng)絡智能控制家中的智能化設備。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1999年，美國麻省理工學院首次提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念，國際電信聯(lián)盟(ITU)在2005年的年度報告中對物聯(lián)網(wǎng)的概念進行了擴展，認為物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別(RFID)、紅外感應、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信,以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。這樣，在物聯(lián)網(wǎng)時代，只要通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動收發(fā)器，世界上的所有物體都可以通過Internet進行信息交換。從智能家居的角度，可以通過一個例子形象地描述物聯(lián)網(wǎng)。周末的早晨，當你還在熟睡的時候，你預定的鬧鈴響了，如果你按掉了鬧鈴，這個時候，鬧鐘會送出一個信息給咖啡機說:“先等一會，這個家伙又賴床了,15分鐘后再煮咖啡?！笨Х葯C接到信息的同時又會發(fā)送一個信息給烤面包機等15分鐘再烤面包，通過這樣的物與物的交流,我們的居家生活將變得智能和有趣。

物聯(lián)網(wǎng)是通過許多技術(shù)實現(xiàn)的，從應用末端感知的核心技術(shù)角度，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為以下三大類：

第一，基于RFID的應用。在想要監(jiān)控和管理的對象上嵌入RFID智能標簽，這樣，借助已有的網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)，就可以構(gòu)建一個由大量的讀寫器和無數(shù)移動的電子標簽組成的物聯(lián)網(wǎng)，也就是基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)。

第二，基于傳感器的應用。在想要控制和管理的對象周圍布置大量的傳感器節(jié)點，通過節(jié)點采集監(jiān)控對象的信息,并將這些采集到的信息傳送到信息處理中心，從而根據(jù)采集到的信息構(gòu)建一個對“物”進行監(jiān)控和管理的物聯(lián)網(wǎng)。

第三，基于M2M的應用。這里的M既可以是人(Man),也可以是機器(Machine),M2M泛指人、機器之間建立連接的所有手段和技術(shù)，涵蓋了增強機器設備通信和網(wǎng)絡能力的技術(shù)，其技術(shù)目標是促進設備的智能化。通過M2M技術(shù)，可以構(gòu)建人對機器(MantoMachine)、機器對人(MachinetoMan)、機器對機器(MachinetoMachine)的物聯(lián)網(wǎng)。

3物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應用

傳統(tǒng)的智能家居大部分是通過有線的方式組成智能家居系統(tǒng)，這種方式不僅需要專業(yè)人員的參與、專門公司維護,而且施工周期長，系統(tǒng)靈活性差。而物聯(lián)網(wǎng)智能家居則是將無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家居有機地融合在一起，從而構(gòu)建一個安裝簡單、使用方便、維護容易、擴展隨心所欲的智能家居系統(tǒng)。

依據(jù)業(yè)內(nèi)普遍認為的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),家居物聯(lián)網(wǎng)可以分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。圖2所示是一個智能家居物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)。

3.1感知層

全面感知是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個特征，即利用射頻識別(RFID)、二維碼、GPS、攝像頭、傳感器等感知、捕獲、測量技術(shù)手段，隨時隨地地對感知對象進行信息采集和獲取。在智能家居中，感知對象分為人們所生活的家庭環(huán)境和人本身,傳統(tǒng)智能家居中的8大子系統(tǒng)可作為感知層的執(zhí)行設備。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)還應用了許多典型的感知技術(shù)，比如無線溫濕度傳感器，無線門磁、窗磁，無線燃氣泄漏傳感器等。

3.2網(wǎng)絡層

物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡層包括各種通信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡，除此之外，還包括家居物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心、云計算平臺、專家系統(tǒng)等對海量信息進行智能處理的部分。在智能家居中，網(wǎng)絡層不但要具備網(wǎng)絡運營的能力，還要提升信息運營的能力，如對數(shù)據(jù)庫的應用等。在網(wǎng)絡層中，尤其要處理好可靠傳送和智能處理這兩個問題。

3.3應用層

應用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家居專業(yè)技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)家居智能化應用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應用層最終實現(xiàn)信息技術(shù)和傳統(tǒng)家居的深度融合，這主要體現(xiàn)在智能電網(wǎng)應用、家庭醫(yī)療應用、多媒體娛樂應用、家庭安防應用和家庭控制應用等。除此之外，應用層還為家庭服務商提供有第三方借口，以提供便于人們生活的各種服務。

4結(jié)語

目前，嚴格地說，物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應用還主要集中在感知層的應用方面，只能說應用了物聯(lián)網(wǎng)當中的某項技術(shù),離一個真正意義上、無處不在的物聯(lián)網(wǎng)智能家居還有一段距離，尤其是在應用層的融合方面，還需要多行業(yè)深度合作，才能提供一個全方位的智能家居。此外，標準不統(tǒng)一也是制約物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展的一大瓶頸。而在未來，物聯(lián)網(wǎng)智能家居離開云是不可想象的，每一個家庭其實就是一個“云家”，不管你身在何地，家里的風吹草動對你都是透明的，所以，除了制定標準，推動多行業(yè)的深度合作外，云技術(shù)[15]的研究和應用也是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)智能家居的一個關鍵所在。

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